緊湊型驅(qū)動技術(shù)助力移動高科技 CT 裝置

基于 PC 和 EtherCAT 的運動控制解決方案在術(shù)中 X 射線成像中的應(yīng)用

奧地利醫(yī)療科技公司 medPhoton 早在 2014 年就首次展示了其用于放射治療的成像解決方案。Imaging Ring 現(xiàn)在也有移動版可提供，能夠在外科病房中檢查身體的各個器官（術(shù)前、術(shù)后甚至術(shù)中）。倍?；?/span> PC 和 EtherCAT 的控制與驅(qū)動技術(shù)用于實現(xiàn)所需的觀測視角和 X 射線與病患毫米級的精準(zhǔn)定位。

medPhoton 公司由 Heinz Deutschmann 于 2012 年成立，是帕拉塞爾蘇斯私立醫(yī)科大學(xué)和薩爾茨堡州立醫(yī)院（SALK）名下的附屬公司。這位杰出的物理學(xué)家與最初由醫(yī)療技術(shù)人員和軟件開發(fā)人員組成的小型團(tuán)隊一起，致力于打造“診斷成像領(lǐng)域的瑞士軍刀”，并在他成為個體經(jīng)營戶后將其推向市場。當(dāng)我們快進(jìn)到今天，現(xiàn)在每年會生產(chǎn)出約 35 款類似的通用型設(shè)備?！拔覀兊?Imaging Ring 系統(tǒng)是一款高分辨率的計算機(jī)斷層掃描儀，不僅能提供二維或三維圖像，而且還能用脈沖 X 射線進(jìn)行透視。這類功能是捕捉和數(shù)字化術(shù)中解剖學(xué)變化等任務(wù)的理想選擇?！眒edPhoton 公司業(yè)務(wù)執(zhí)行董事 Michael Hubauer-Brenner 在介紹一款可以整合到各種治療過程中的解決方案時解釋道。

倍福維也納銷售辦事處負(fù)責(zé)人 Balázs Bezeczky、medPhoton 公司創(chuàng)始人 Heinz Deutschmann 以及 medPhoton 公司運營執(zhí)行總監(jiān) Michael Hubauer-Brenner（從左至右）

對于腫瘤學(xué)領(lǐng)域來說，來自薩爾茨堡的此項發(fā)明在腫瘤可視化和靶向放射治療方面發(fā)揮了其優(yōu)勢，其外科應(yīng)用包括為正在做手術(shù)的醫(yī)生提供 3D 手術(shù)導(dǎo)航?！拔覀児镜闹饕獦I(yè)務(wù)來源于放射治療領(lǐng)域，我們的設(shè)備通常安裝在天花板或治療臺上。這些環(huán)境中有足夠的空間可以安裝兩到三個控制柜，但在借助影像導(dǎo)航計算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)完成的外科手術(shù)中，情況就完全不同了?！眒edPhoton 公司財務(wù)執(zhí)行總監(jiān) Andreas Schippani 在提到手術(shù)室通常都很擁擠時指出?？紤]到這一點，我們決定在最新一代 Imaging Ring CT 裝置的托臂、腿部和支架中整合整個自動化系統(tǒng)。倍福提供的控制組件結(jié)構(gòu)非常緊湊，并且采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)分布式智能控制和驅(qū)動，為實現(xiàn)這一設(shè)計提供了便利。

運動和成像的靈活性大大提升

medPhoton 公司與全球數(shù)字醫(yī)療技術(shù)先驅(qū) Brainlab 緊密合作，開發(fā)出了一款 Imaging Ring m/Loop-X 移動成像機(jī)器人。它的尺寸僅為 182 x 87 x 189 厘米，運動范圍非常大。“它有兩條腿，每條腿都有兩個輪子，能夠以不同的方向單獨旋轉(zhuǎn)，即它能夠向前、向后移動或者扭轉(zhuǎn)，并能夠以自己為中心或以手術(shù)室內(nèi)的任何一個點為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，甚至能夠在電池模式下從一個手術(shù)室切換到另一個手術(shù)室，所有這一切都由機(jī)器人自主完成。操作人員只需在控制面板上輸入相應(yīng)的導(dǎo)航命令即可。”medPhoton 公司自動化開發(fā)部主管 Armin Schlattau 解釋道。

同樣需要注意的是，機(jī)器人在移動性以及成像方面都具有最大的靈活性。輻射源和探測器的徑向排列與同時但獨立的運動相結(jié)合，具有很多優(yōu)點，包括能夠?qū)崿F(xiàn)超大三維視場和非同心成像?！斑@意味著患者在拍攝 X 光片時無需位于龍門架開口的中央，因為系統(tǒng)會完全自動定位需要掃描的相關(guān)區(qū)域?！盇ndreas Schippani 描述道。其同事 Armin Schlattau 接著補充道：“雖然我們的探測器面積很小，但我們可以通過用不同的速度連續(xù)移動各個軸的方式，動態(tài)生成不同角度的全景圖像?！笨偣?26 根軸之間的互動由一臺配備搭載 Intel? Atom? 四核處理器的 C6015 超緊湊工業(yè) PC 進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。據(jù) medPhoton 公司介紹，探測器的尺寸僅為 82 x 82 x 40 毫米，因此它需要的安裝空間非常小，與成像機(jī)器人的設(shè)計方案完美契合。工業(yè) PC 一方面可以負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)所有的運動控制任務(wù)，另一方面可以用作 TCP/IP 服務(wù)器，通過 TwinCAT ADS Communication 功能庫與上一級的數(shù)據(jù)處理計算機(jī)建立連接。

medPhoton 公司財務(wù)執(zhí)行總監(jiān) Andreas Schippani（圖中位于結(jié)構(gòu)緊湊的 EtherCAT 端子模塊旁）對于倍福不僅提供電話支持，而且在需要時還提供現(xiàn)場支持的行為贊賞有加

軌跡控制的 3D X 射線成像

通過 TwinCAT NC Camming 功能，medPhoton 可以在患者身上生成直線、十字或矩形激光投影，為所有可用的成像過程提供光學(xué)定位輔助。該功能在主軸和從軸之間建立非線性關(guān)系?！拔覀冃枰獪?zhǔn)確地知道每個圖像的拍攝時間以及拍攝角度，以便通過數(shù)百個 2D 投影中計算 3D 容積成像。任何錯誤都會帶來致命的后果；畢竟，這是關(guān)系到患者生命安危的醫(yī)療干預(yù)?！盡ichael Hubauer-Brenner 強調(diào)了高精度、帶時間戳的信號的重要性?！拔覀儾粌H能夠獲得精確的位置信息，而且還能夠以納秒級精度測量每個方向的 X 射線的長度。”Armin Schlattau 在描述使用帶 XFC 時間戳功能的 EL1252 數(shù)字量輸入端子模塊等設(shè)備的過程時說道。

一站式提供多樣化的產(chǎn)品

成像機(jī)器人中安裝了 10 多種倍福的端子模塊，包括 EL1904 或 El6910 等 TwinSAFE 端子模塊，以及 EL7037 步進(jìn)電機(jī)端子模塊和采用單電纜技術(shù)（OCT）的 EL7221-9014 伺服電機(jī)端子模塊?！霸缭?2017 年 5 月于林茨舉行的智能工業(yè)自動化展上，我們就開始為移動版的 Imaging Ring 系統(tǒng)尋找控制技術(shù)供應(yīng)商，我們看到倍福產(chǎn)品種類非常豐富，結(jié)構(gòu)也非常緊湊，我們留下了深刻印象?！盇rmin Schlattau 回憶道。自動化開發(fā)工程師認(rèn)為，選擇這家總部位于德國威爾的自動化公司的主要原因包括：他們可以提供帶增量編碼器的步進(jìn)電機(jī)端子模塊，它在僅 12 毫米寬的 EtherCAT 端子模塊內(nèi)集成了一個成熟的伺服驅(qū)動器，而且 AM8121 伺服電機(jī)將電源和數(shù)字反饋系統(tǒng)整合一根電機(jī)連接電纜中。

“雖然系統(tǒng)變得復(fù)雜性有所增加，但性能得到了大幅提升，而且我們還能夠?qū)⒆詣踊到y(tǒng)所需的安裝空間減少到十分之一。”Michael Hubauer-Brenner 高興地說道，他認(rèn)為雙方迄今為止所有的合作都富有成效，超出了預(yù)期，但這絕不是雙方合作的終點：“我們肯定還要進(jìn)一步開發(fā) Imaging Ring 系統(tǒng)，我們希望還能繼續(xù)與倍福合作，幫助我們變得更加具有創(chuàng)造性?！盇ndreas Schippani 總結(jié)道。倍福維也納銷售辦事處負(fù)責(zé)人 Balázs Bezeczky 也提出了自己的初步優(yōu)化想法：“倍福 ELM72xx 系列采用金屬外殼的新型伺服電機(jī)端子模塊可以進(jìn)一步減少驅(qū)動系統(tǒng)體積。更重要的是，ELM72xx-9018 型號能夠映射出一個 Safe Motion 綜合功能包，包括安全限速和安全限位選項?！彼呀?jīng)受邀參加對 ELM72x2 雙通道型號進(jìn)行的試運行。